FR2946391A1 - Moteur a combustion interne - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle du mode de combustion d'un moteur (1) à combustion interne, comprenant au moins un cylindre, des moyens d'admission d'air, des moyens d'alimentation en au moins deux carburants différents, l'un au moins étant un carburant gazeux, des moyens d'échappement des gaz de combustion produits dans ledit cylindre vers un circuit d'échappement (2). L'invention consiste en ce que l'injection du carburant gazeux dans le cylindre n'est commandée que, lorsqu'un catalyseur d'oxydation (3) des imbrûlés issus de la combustion du carburant gazeux prévu dans le circuit d'échappement présente une température égale ou supérieure à une température d'efficacité ou d'initiation déterminée pour oxyder du carburant gazeux imbrûlé pouvant être présent dans le circuit d'échappement et que le régime et le couple du moteur ont dépassé des valeurs seuils déterminées.

Description

Moteur à combustion interne [000l] La présente invention concerne le domaine de l'automobile et plus particulièrement le domaine des moteurs à combustion interne fonctionnant notamment en co-carburation gaz (LNG-GNV)/Diesel. [0002 Dans les moteurs à combustion interne fonctionnant habituellement avec du carburant Diesel, il a été proposé au cours des dernières années d'utiliser en tant que carburant primaire des carburants de PCI (pouvoir calorifique intrinsèque) supérieur à celui du carburant Diesel tels que par exemple le CH4 dont le PCI = 48 MJ/kg alors que le celui du Gasoil = 43 MJ/kg. [0003] Par ailleurs, la substitution de Gasoil par un carburant de composition chimique intrinsèque à fort ratio H/C permet de réduire intrinsèquement les émissions de CO2 générées, à toutes choses égales par ailleurs. Ainsi, la substitution du GO (de composition H/C = 1,9 - 2) par du GNV (CH4 => H/C = 4) permettrait de réduire de 20% les émissions de CO2, toutes choses étant égales par ailleurs. [0004 On cherche donc ainsi à proposer des moteurs à combustion interne permettant de répondre à des réglementations de plus en plus drastiques visant à réduire la pollution et à imposer notamment des niveaux d'émissions de moteur de plus en plus faibles. [0005] La combustion du méthane (indice d'octane de 130) nécessite un allumage commandé : c'est-à-dire un allumage par un apport d'énergie extérieure (la combustion du GNV ne peut pas se faire par auto-inflammation). L'apport d'énergie extérieure se fait habituellement par une bougie électrique. Il peut aussi se faire par une injection pilote d'un carburant dans la chambre de combustion, ce carburant étant un carburant choisi pour sa capacité à s'auto-inflammer (ex : Diesel, d indice de cétane > 50). L'auto-inflammation de cette injection pilote génère de l'énergie (qui est par ailleurs bien supérieure à celle apportée par une bougie électrique) qui permet alors de déclencher la combustion du GNV. De ce fait, l'inflammation du carburant usuel, classiquement du carburant Diesel permet l'inflammation du carburant gazeux. [0006] De nombreux moteurs sont ainsi conçus pour fonctionner sous certaines conditions soit en mode gazeux initié par carburant Diesel soit en mode carburant Diesel totalement. Ces moteurs sont ainsi dénommés à double combustibles, pouvant notamment fonctionner en mode de co-combustion GNV/ Diesel. [0007] En mode de co-combustion GNV/Diesel, lorsque le rendement de combustion du GNV majoritairement à base de méthane CH4 n'est pas de 100%, l'un des produits issus de la combustion sera du CH4 imbrûlé. Le CH4 est un gaz à très fort coefficient d'effet de serre et est particulièrement difficile à oxyder. Il est donc nécessaire de mettre en place des moyens de dépollution adaptés afin d'éviter le rejet du CH4 dans l'environnement lors de l'échappement. [0008] Des catalyseurs d'oxydation du méthane du type Platine et/ou Palladium, métaux précieux sont alors utilisés pour permettre l'oxydation du méthane non brûlé dans les gaz d'échappement. La réaction d'oxydation est la suivante : CH4+202=CO2+2 H2O [0009] Toutefois, l'oxydation catalytique permettant de convertir au moins 50% du méthane nécessite une température de gaz d'échappement de l'ordre de 300 à 400°C, en-dessous de cette température le catalyseur d'oxydation ne convertissant pas le méthane de manière efficace. [ooio] En fonction des conditions de vie du moteur (régime, couple) et notamment au moment du démarrage, une telle température n'est pas atteinte au niveau de l'échappement. De ce fait, des risques d'émissions de méthane surviennent. En outre, lors d'un fonctionnement moteur en mode Diesel seul, la température des gaz d'échappement peut également refroidir le catalyseur à une température inférieure à sa température efficace réduisant ainsi l'efficacité du catalyseur lorsqu'on repasse en mode Gaz/Diesel. [0011] Dans EP 1 570 163, on a proposé un procédé pour dérouter les gaz d'échappement issus d'un moteur à carburant multiple lorsque le moteur fonctionne en mode Diesel seul de sorte qu'ils ne passent pas au travers d'un catalyseur d'oxydation de méthane permettant ainsi d'éviter le refroidissement non souhaité du catalyseur lorsque les gaz d'échappement sont exempts de méthane. Le catalyseur reste ainsi chaud et présente une efficacité meilleure que si tous les gaz d'échappement le traversaient. A cet effet, le système d'échappement comporte deux portions l'une avec un catalyseur d'oxydation du méthane et l'autre sans, chaque portion pouvant être fermée par une soupape. Un convertisseur catalytique pour réduire les émissions d'hydrocarbures, de monoxyde de carbone et d'oxyde d'azote peut être prévu en amont de cette section d'échappement à deux portions. Lors du démarrage du moteur, on fonctionne en mode Diesel et les gaz d'échappement bien qu'exempts de méthane sont dirigés dans la portion d'échappement pourvue du catalyseur d'oxydation permettant le chauffage de celui-ci de sorte que, lorsqu'on passe en mode Gaz/Diesel, son efficacité a été accrue par ce pré-chauffage. On mesure ensuite la température de fonctionnement du moteur et tant que celle-ci n'a pas atteint la température de fonctionnement souhaitée on maintient le passage des gaz au travers du catalyseur mais en mode de combustion Diesel. Dès que la température de fonctionnement du moteur est atteinte, on contrôle si on est en mode Diesel et si oui, on vérifie alors si les gaz d'échappement sont au-dessus ou en-dessous d'une température déterminée. Ainsi, s'ils sont au-dessus ils peuvent passer au travers du catalyseur d'oxydation, si non ils sont déroutés du catalyseur. Dès qu'on est en mode gaz, les gaz d'échappement sont acheminés au travers du catalyseur. [0012] Ainsi donc, on contrôle le passage des gaz issus du mode Diesel au travers du catalyseur d'oxydation de sorte qu'au démarrage ils servent à chauffer le catalyseur tandis qu'une fois le démarrage achevé, on les achemine ou pas au travers du catalyseur en fonction de leur température mesurée de sorte à éviter un refroidissement de ce dernier. [0013] De ce fait, il est nécessaire de prévoir une dérivation sur le circuit d'échappement de manière à définir deux sections d'échappement possibles ainsi que des organes de fermeture de ces sections et des moyens de commandes desdits organes. On rend donc le circuit d'échappement plus complexe à réaliser, par ailleurs, il est nécessaire de prévoir un autre catalyseur généralement en amont des deux sections pour permettre le traitement des gaz d'échappement issus du mode Diesel, ce qui complexifie encore le circuit. [0014] Afin de pallier ces inconvénients, la présente invention propose de choisir et autoriser le mode de combustion du moteur en fonction de la capacité ou non de post- traiter les imbrûlés du carburant gazeux tel que le GNV. De cette manière, on simplifie considérablement le circuit d'échappement, tous les gaz d'échappement pouvant ne traverser qu'un seul et même catalyseur d'oxydation. [0015] A cet effet, l'invention concerne un procédé de contrôle du mode de combustion d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un cylindre, des moyens d'admission d'air, des moyens d'alimentation en au moins deux carburants différents, l'un au moins étant un carburant gazeux, des moyens d'échappement des gaz de combustion produits dans ledit cylindre vers un circuit d'échappement, caractérisé en ce que l'injection du carburant gazeux dans le cylindre n'est commandée que, lorsqu'un catalyseur d'oxydation des imbrûlés issus de la combustion du carburant gazeux prévu dans le circuit d'échappement présente une température égale ou supérieure à une température d'efficacité ou d'initiation déterminée pour oxyder du carburant gazeux imbrûlé pouvant être présent dans le circuit d'échappement et que le régime et le couple du moteur ont dépassé des valeurs seuils déterminées. [0016] Ainsi de manière très avantageuse, le fonctionnement du moteur en mode gazeux n'est autorisé que, lorsque le traitement dudit carburant gazeux pouvant resté imbrûlé lors de la combustion et pouvant se trouver dans les gaz d'échappement, peut être effectué de manière efficace c'est-à-dire lorsque la température du catalyseur a au moins atteint une température d'efficacité ou d'initiation suffisante pour que l'oxydation dudit carburant gazeux se trouvant dans les gaz intervienne et lorsque le couple et le régime du moteur se trouvent dans des conditions de vie moteur appropriées. De préférence, la température d'efficacité ou d'initiation dite encore de light-off du catalyseur d'oxydation pour le méthane est choisie supérieure ou égale à 300°C, préférentiellement dans une plage de 300°C à 400°C. [0017] De préférence, le premier carburant est un carburant de gazole ou de biodiesel. Alors que le gazole est un produit pétrolier, on entend ici par biodiesel, un biocarburant apte à faire fonctionner un moteur de type Diesel obtenu à partir d'huile végétale ou animale, transformée par un procédé chimique tel que la transestérification en faisant réagir cette huile avec un alcool, l'hydrogénation. Ce biodiesel peut être utilisé seul ou mélangé avec du gazole. Ce premier carburant peut servir en mode de combustion gazeux de carburant pilote. [oois] Le second carburant est gazeux, à base d'un hydrocarbure ou d'un mélange d'hydrocarbures ayant entre 1 et 4 atomes de carbone. De préférence, le second carburant est à base de méthane (CH4) tel que du Gaz Naturel Véhicule. En pratique, un gaz naturel tel que du gaz de ville convient fort bien. [0019] Un procédé de contrôle du mode de combustion d'un moteur selon l'invention permet d'avoir un circuit d'échappement simple à une seule section dans lequel un seul catalyseur d'oxydation se laisse traverser par tous les gaz d'échappement et joue donc son rôle de dépollution des gaz d'échappement quelles que soient les conditions de fonctionnement du moteur. [0020] De manière très avantageuse, on propose aussi un moteur à combustion interne, comprenant au moins un cylindre, des moyens d'admission d'air, des moyens d'alimentation en au moins deux carburants différents, l'un au moins étant un carburant gazeux, des moyens d'échappement des gaz de combustion produits dans ledit cylindre vers un circuit d'échappement comportant un catalyseur d'oxydation, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle du mode de combustion à partir de données reçues de moyens de mesure du régime et du couple moteur et d'au moins un capteur de température prévu dans le circuit d'échappement, autorisant le mode de combustion gazeux à chaque fois que la température du catalyseur est égale ou supérieure à une température d'efficacité du catalyseur d'oxydation et que le régime et le couple du moteur ont dépassées des valeurs seuils déterminées. [0021] La détermination de la température dans le circuit d'échappement du moteur permet de déterminer quelles émissions sources (mode de combustion Diesel ou mode de co-combustion GNV/Diesel) le catalyseur est à même de dépolluer. Ainsi, les moyens de contrôle ou contrôleur imposent au moteur de fonctionner dans le mode de combustion que le catalyseur d'oxydation peut traiter. [0022] Selon une première forme de réalisation, le capteur de température est positionné dans le circuit d'échappement en amont du catalyseur d'oxydation de manière à mesurer directement la température des gaz d'échappement. [0023] Selon une seconde forme de réalisation, le capteur de température est positionné en sortie du catalyseur d'oxydation, la température étant alors déterminée à partir de la mesure du capteur et d'un modèle de température. [0024] De préférence, le moteur est du type à allumage par compression, le premier carburant étant du type gazole servant de carburant pilote, le second carburant étant du GNV. [0025] L'invention concerne également un véhicule équipé d'un tel moteur. Le véhicule selon l'invention peut en outre être un véhicule hybride et comporter un moteur électrique [0026] On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence au dessin dans lequel : La figure 1 représente de manière schématique la situation de vie du moteur ; La figure 2 représente sous forme schématique le circuit d'échappement d'un moteur contrôlé selon le procédé de l'invention ; La figure 3 représente sous forme de schéma synoptique le procédé de commande selon l'invention ; La figure 4 représente un diagramme de températures des gaz d'échappement ; [0027] Le moteur 1 contrôlé par un procédé selon l'invention est alimenté par au moins deux carburants différents, l'un étant de préférence un carburant Diesel et l'autre étant un carburant gazeux tel que du méthane. [0028] Comme on peut le voir à la figure 1, le moteur 1 selon l'invention peut donc fonctionner en mode combustion Diesel uniquement (zone A) notamment lors du démarrage ou en cas de bas régime, bas couple, ou bien, il peut fonctionner en mode de co-combustion GNV/Diesel (zone B). [0029] Ainsi, en fonction de certaines valeurs seuils du couple et du régime, les moyens de contrôle commandent préférentiellement le mode de combustion Diesel (zone A). [0030] Ce moteur 1 comporte au moins un cylindre pourvu de moyens d'admission d'air, des moyens d'injection de carburant Diesel et de méthane ainsi que des moyens d'échappement des gaz de combustion produits dans ledit cylindre vers un circuit d'échappement 2. [0031] Ce circuit d'échappement 2 est pourvu d'un catalyseur d'oxydation 3 30 permettant de dépolluer les gaz d'échappement par diminution du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HC) en dioxyde de carbone (CO2) et en eau, tout en réduisant la masse de particules du carburant diesel. Toutefois, ils n'éliminent pas les oxydes d'azote (NOx) ni ne diminuent la quantité de particules émises et on peut alors prévoir un post-traitement des NOx à l'aide d'un piège à NOx ou SCR 5 et d'un filtre à particules (FAP) 6. Le circuit d'échappement peut en outre comporter un silencieux 7 de manière classique en soi en amont de la canule d'échappement 8 (cf. figure 2). [0032] Par ailleurs, lorsque le carburant est un carburant gazeux comme le méthane, le rendement de la combustion n'étant pas de 100%, il reste du méthane non brûlé dans les produits issus de la combustion. Or le catalyseur d'oxydation n'est efficace pour oxyder le méthane qu'autour de 300-400°C. [0033] Aussi, on propose de déterminer le mode de combustion du moteur en fonction de la capacité ou non du circuit d'échappement 2 et donc du catalyseur d'oxydation 3 à traiter la présence de carburant gazeux non brûlé. [0034] On propose notamment de mesurer la température des gaz d'échappement pour déterminer si le catalyseur 3 est propre à pouvoir agir efficacement sur le méthane présent dans les gaz d'échappement en cas de mode combustion GNV/Diesel mais en outre on tient également compte des valeurs du régime et du couple du moteur 1. En effet, selon les conditions de vie du moteur 1, et notamment au démarrage, la température d'efficacité ou d'initiation, préférentiellement comprise dans une plage de 300°C à 400°C, par exemple Teff = 300°C pour le carburant gazeux, du catalyseur d'oxydation 3 n'est pas atteinte à l'échappement comme on peut le voir sur la figure 4 dans laquelle la courbe Cl représente la température en entrée du catalyseur 3 tandis que la courbe C2 représente la vitesse du véhicule. [0035] A cet effet, on prévoit un capteur de température ménagé dans le circuit d'échappement 2 et permettant de mesurer la température dans le circuit d'échappement 2. [0036] Selon la première forme de réalisation, le capteur de température 4a est positionné en amont du catalyseur d'oxydation 3 dans le circuit d'échappement 2 de 30 manière à mesurer directement la température des gaz d'échappement. [0037] Selon une seconde forme de réalisation, le capteur de température 4b est positionné en sortie du catalyseur d'oxydation 3, la température étant alors déterminée à partir de la mesure du capteur 4b et d'un modèle de température. [0038] Ainsi, on propose des moyens de contrôle du moteur 1 qui en fonction des valeurs du couple et du régime du moteur 1 ainsi que de la valeur de la température de l'échappement vont définir le mode de combustion autorisé. [0039] Comme on peut le voir à la figure 3, si les moyens de contrôle déterminent des valeurs de couple et de régime correspondant à un fonctionnement du moteur en zone A, seule la commande des moyens d'injection Diesel est autorisée par les moyens de contrôle et le moteur 1 fonctionne en mode de combustion Diesel. [0040] Si les valeurs de couple et de régime définissent un fonctionnement du moteur en zone B, la valeur de la température Tmesurée dans le circuit d'échappement 2 est alors examinée. [0041] Si cette valeur de la température Tmesurée dans le circuit d'échappement 2 reste inférieure à la valeur de température seuil Teff d'efficacité du catalyseur d'oxydation 3, alors les moyens de contrôle autorisent uniquement l'injection de carburant Diesel et inhibent l'injection de carburant gazeux. [0042] Si cette valeur de la température Tmesurée dans le circuit d'échappement est égale ou supérieure à la valeur de température seuil Teff d'efficacité du catalyseur d'oxydation 3 pour le carburant gazeux, alors les moyens de contrôle autorisent l'injection de carburant gazeux, permettant au moteur 1 de passer en mode de combustion Gaz/Diesel. [0043] De cette manière, le mode de combustion Gaz/diesel du moteur 1 n'est autorisé que, lorsque le catalyseur d'oxydation 3 est à même de traiter les rejets de gaz imbrûlés. On évite ainsi tout risque de pollution.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle du mode de combustion d'un moteur (1) à combustion interne, comprenant au moins un cylindre, des moyens d'admission d'air, des moyens d'alimentation en au moins deux carburants différents, l'un au moins étant un carburant gazeux, des moyens d'échappement des gaz de combustion produits dans ledit cylindre vers un circuit d'échappement (2), caractérisé en ce que l'injection du carburant gazeux dans le cylindre n'est commandée que, lorsqu'un catalyseur d'oxydation (3) des imbrûlés issus de la combustion du carburant gazeux prévu dans le circuit d'échappement présente une température égale ou supérieure à une température d'efficacité ou d'initiation déterminée pour oxyder du carburant gazeux imbrûlé pouvant être présent dans le circuit d'échappement et que le régime et le couple du moteur ont dépassé des valeurs seuils déterminées.
  2. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier 15 carburant est un carburant à base de gazole, de biodiesel.
  3. 3. Procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second carburant est gazeux, à base d'un hydrocarbure ou d'un mélange d'hydrocarbures ayant entre 1 et 4 atomes de carbone.
  4. 4. Procédé de contrôle selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second carburant est à base de méthane (CH4) tel que du Gaz Naturel Véhicule.
  5. 5. Procédé de contrôle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la 25 température d'efficacité du catalyseur d'oxydation (3) est choisie supérieure ou égale à 300°C, préférentiellement comprise dans une plage de 300°C à 400°C.
  6. 6. Moteur à combustion interne, comprenant au moins un cylindre, des moyens d'admission d'air, des moyens d'alimentation en au moins deux carburants différents, 30 l'un au moins étant un carburant gazeux, des moyens d'échappement des gaz de combustion produits dans ledit cylindre vers un circuit d'échappement comportant un catalyseur d'oxydation, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de contrôle du 20mode de combustion à partir de données reçues de moyens de mesure du régime et du couple moteur et d'au moins un capteur de température prévu dans le circuit d'échappement, autorisant le mode de combustion gazeux à chaque fois que la température du catalyseur est égale ou supérieure à une température d'efficacité du catalyseur d'oxydation déterminée pour oxyder du carburant gazeux imbrûlé pouvant être présent dans le circuit d'échappement et que le régime et le couple du moteur ont dépassées des valeurs seuils déterminées.
  7. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur de température (4a) est positionné dans le circuit d'échappement (2) en amont du catalyseur d'oxydation (3) de manière à mesurer directement la température des gaz d'échappement.
  8. 8. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur de température (4b) est positionné en sortie du catalyseur d'oxydation (3), la température étant alors déterminée à partir de la mesure du capteur (4b) et d'un modèle de température.
  9. 9. Moteur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il est du type à allumage par compression.
  10. 10. Véhicule équipé d'un moteur selon l'une des revendications 6 à 9.
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